Настоящая статья посвящена математическому моделированию динамики популяций трансгенных микроорганизмов (ГМО) при культивировании в хемостате. Причины нестабильности трансгенных микроорганизмов при длительном периодическом или непрерывном культивировании в хемостате не совсем понятны до сих пор. Почему клетки, содержащие плазмиды с клонированными генами, растут медленнее бесплазмидных также неясно: или это прямое влияние экспрессии плазмидных генов на жизнеспособность плазмидсодержащих клеток, ингибирование клеточного роста или же расходование клеточных ресурсов на поддержание плазмид. Оценка параметров нестабильности плазмид с помощью методов, предложенных в настоящей работе, является первым шагом к пониманию главной причины: почему трансгенные микроорганизмы теряют плазмиды при культивировании и не теряют их в природе (плазмидный парадокс).
трансгенные микроорганизмы, нестабильность плазмид, математическое моделирование, стоимость плазмид, непрерывное культивирование микроорганизмов, хемостат
1. Kumar N.M., Muthukumaran C., Sharmila G., Gurunathan B. Genetically Modified Organisms and Its Impact on the Enhancement of Bioremediation. Bioremediation: Applications for Environmental Protection and Management. Energy, Environment, and Sustainability, 2018, pp. 53-76.
2. de Santisa B., Stockhofeb N., Walc J.-M. [et al.] Case studies on genetically modified organisms (GMOs): Potential risk scenarios and associated health indicators. Food and Chem. Toxicology, 2018, vol. 117, pp. 36-65.
3. Brilkov A.V., Ganusov V.V., Morozova E.V. and Pechurkin N.S. Computer modeling of the biotic cycle formation in a closed ecological system. Adv. Space Res., 2001, vol. 27, no. 9, pp. 1587-1592.
4. Levin B.R., Stewart F.M. The population biology of bacterial plasmids: A priori conditions for the existence of conjugationally transmitted factors. Genetics, 1977, vol. 87, no. 10, pp. 209-228.
5. Ризниченко Г.Ю. Лекции по математическим моделям в биологии. М.: Ижевск: Изд-во НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2011, 560 с. @@[Riznichenko G.Yu. Lections on mathematical models in biology. M.: Izhevsk: RCD Publishing, 2011, 560 p. (In Russ.)]
6. Gitelzon I.I., Pechurkin N.S., Brilkov A.V. Population Problems in the Biology of Unicellular Organisms. London: Harwood Academic Publ. GmbH, United Kingdom, 1989, 77 p.
7. San Millan A.,. Pen˜a-Miller R, Toll-Riera1 M., Halbert Z.V., McLean A.R., Cooper B.S., MacLean R.C. Positive selection and compensatory adaptation interact to stabilize non-transmissible plasmids. Nature Communications, 2014, vol. 5, article number: 5208.
8. Moser H. The dynamics of bacterial populations maintained in the chemostat. Carnegie Institution of Washington, 1958.
9. Ganusov V.V., Brilkov A.V. Estimating the instability parameters of plasmid-bearing cells. I. Chemostat culture. J. of Theor. Biol., 2002, vol. 219, no. 2, pp. 193-205.
10. Wouters J.T.M., Driehuis F.L., Polaczek P.J. [et al.] Persistence of the pBR322 plasmid in Escherichia coli K12 grown in chemostat cultures. Antonie van Leewenhoek, 1980, vol. 46, no. 4, pp. 353-362.
11. Fedorec A.J.H., Ozdemir T., Doshi A. [et al.] Two New Plasmid Post-segregational Killing Mechanisms for the Implementation of Synthetic Gene Networks in Escherichia coli. Science, 2019, vol. 14, pp. 323-324.
12. MacLean R.C., Alvaro S.M. Microbial Evolution: Towards Resolving the Plasmid Paradox. Current Biology., 2015, vol. 25, no. 17, pp. R753-R773.
